Šikovné ruce robotů podají i nejtitěrnější součástku

I když pro většinu operací prováděných roboty stačí jednoduché standardní uchopovače, nebo v případě specializovaných činností jsou používány dedikované uchopovače zkonstruované přímo k danému účelu, výrobci uchopovací a manipulační techniky se s tím rozhodně nespokojují.

K nejdokonalejším uchopovacím zařízením, jaké jsou v současné době k dispozici, patří robotické ruce z vývojových dílen firem Schunk a Festo. Schunk je tvůrcem vůbec první komerčně dodávané 5prsté uchopovací ruky pro roboty. Při její konstrukci firma vycházela z fyziologie lidské ruky, kterou dovedla v mechanické podobě k dokonalosti. Podobný postup využili i vývojáři firmy Festo, kteří rovněž vyvinuly roboruku, jenž je kopií lidské, pracují ale i na nové generaci uchopovačů, inspirovaných bionickými principy odpozorovanými z přírody. Je to vcelku logický přístup, uvědomíme-li si, že tyto „nástroje“ vyvíjela příroda milióny let a měla tak dost času dovést je postupnou optimalizací k evoluční dokonalosti.

Už si s námi mohou potřást rukou

Společnost Schunk připravila do sériové výroby antropomorfní projekt 5prsté uchopovací ruky SVH. Mechatronická robotická ruka, která je velikostí, provedením i pohyblivostí velmi podobná lidskému vzoru, se začne vyrábět v rámci standardního modulového programu pro mobilní uchopovací systémy. Je k dispozici v provedení jako levá nebo pravá ruka, devět pohonů provádí přes pět prstů různé uchopovací operace, bezpečné držení uchopovaných objektů zajišťují elastické plochy na předních článcích prstů. Ruka může rovněž provádět četná gesta, čímž lze usnadnit komunikaci mezi člověkem a servisním robotem a zlepšit přijetí v lidském prostředí. Protože je řídicí, regulační a výkonová elektronika kompletně integrována do zápěstí, lze realizovat zvláště kompaktní řešení. Ovládání ruky probíhá volitelně přes Profibus nebo CAN-Bus. Definovanými rozhraními může být ruka připojena k běžným průmyslovým a lehkým robotům. Pro použití v mobilních aplikacích je dodávka energie zajištěna bateriemi s napětím 24 V.

Pětiprstá roboruka není však jediným projektem firmy Schunk zaměřeným na spolupráci lidí a robotů. Na veletrhu Automatica v Mnichově mělo letos světovou premiéru nové chapadlo Co-act JL1 pro kolaborativní uchopování s koncovým efektorem umožňující bezprostřední vzájemnou spolupráci člověka s robotem. Jde o tzv. inteligentní systém HRC - Human/Robot Collaboration, který by měl najít uplatnění zejména v oblasti montážních aplikací, kde se počet roboticky podporovaných asistenčních systémů nadále zvyšuje, a budou potřebná spolehlivá chapadla, která na úrovni komponent sloučí bezpečnostní funkce, senzoriku a vzájemné propojení. Použitím různých senzorů je možné upravovat uchopovací proces v reálném čase. Těmito smysly jsou situační, okolní a aplikační podmínky zaznamenávány, vyhodnocovány a komunikovány. Chapadla Co-act budou v budoucnu schopna předávat všechny relevantní procesní a okolní údaje řídicím a výrobním systémům. Důraz je přitom kladen na optimalizaci procesů, inteligentní tok materiálu a neustálou dokumentaci. Intuitivní interakce mezi chapadlem a obsluhou tento systém ideálně doplňuje.

Bionické novinky nejen pro kyborgy

Festo vyvinulo robotickou ruku ExoHand, která podporuje různé možnosti uchopení a snímání a zjednodušuje budoucí spolupráci mezi lidmi a technikou v průmyslovém prostředí tím, že působí jako asistenční systém pro montážní práce. ExoHand je exoskeleton, který je individuálně přizpůsoben lidské ruce - je to externí struktura, která zvenku podporuje lidskou ruku a simuluje fyziologické stupně volnosti ruky - prsty se mohou aktivně pohybovat a jejich sílu je možné zvýšit. Pohyby rukou mohou být zaznamenávány a předávány do robotické ruky v reálném čase.

Pohybové schopnosti exoskeletonu zajišťuje systém osmi pneumatických pohonů. Senzory zaznamenávají síly, úhly a vzdálenosti a řídící algoritmy servopneumatiky s otevřenou a uzavřenou smyčkou umožňují přesné a flexibilní pohyby jednotlivých kloubů prstů. ExoHand tak poskytuje podporu pro rozmanité možnosti uchopení a snímacích schopností, které nabízí lidská ruka.

Pneumatické komponenty umožňují velmi flexibilní a ergonomické ovládání jednotlivých kloubů prstů, a tak mohou být přenášeny vysoké síly v malém prostoru a s nízkou hmotností bez systému, který by byl tuhý a omezující. ExoHand by proto mohl např. umožnit operátorům pracovat déle, aniž by docházelo k trvalému fyzickému poškození.

V případech, kdy se robotické ruky používá pro vzdálenou manipulaci v průmyslovém prostředí, umožňuje ExoHand komplexní činnost v nebezpečném nebo rizikovém prostředí, např. operace, které mají být provedeny z určité vzdálenosti. Vykonává zde dvě funkce: jednak slouží jako rozhraní mezi operátorem a kontrolním systémem, a za druhé funguje jako robotická ruka. To umožňuje komplexní ovládání umělé ruky s prakticky všemi příslušnými stupňů volnosti.

Exoskeleton ExoHand by nebyl možný bez technologie ovládání otevřené smyčky a uzavřeného okruhu od firmy Festo, která nabízí nelineární řídicí algoritmy pro polohování servopneumatiky. Řídicí systém je zakončen pohybovým ovladačem CMXR-C1s robotickými funkcemi. Trojrozměrná interpolace v kartézském prostoru podporuje konturové aplikace, a robotický regulátor CMXR poskytuje základ pro kartézské systémy, jako jsou trojrozměrné portály až po složité stativové kinematiky, a umožňuje víceosé aplikace zahrnující pět nebo dokonce šest stupňů volnosti ve třech rozměrech.

Dalším pozoruhodným výrobkem z laboratoří firmy Festo je adaptivní uchopovač, který v sobě obsahuje kombinaci různých uchopovacích technik s flexibilními a přizpůsobitelnými uchopovacími prsty Fin RayR. Ty byly navrženy v roce 2009 pro bionický uchopovač FinGripper a průběžně zdokonalovány. Prsty lze navíc různě přehazovat, takže mohou uchopovat v různých směrech bez nutnosti je jakkoliv přenastavovat. Změnu konfigurace umožňují dva otočné otvory pro prsty, které lze uspořádat buď kolem středového bodu nebo s třetím prstem naproti. I toto řešení má bionickou inspiraci - byla jí lidská ruka s palcem, kterým je možné pohybovat vzhledem k ostatním prstům pod úhlem 130 stupňů. Základnový prvek lze podle požadavku přizpůsobit na dva až šest prstů. Díky těmto adaptivním prstům není systém variabilní pouze ve směrech úchopu. Prsty samy se totiž dokážou přizpůsobit různým tvarům. To umožňuje uchopit různě tvarované předměty a také velmi citlivé a jemné objekty bez toho, že by bylo nutné použít nějakou další řídicí nebo senzorovou techniku, specializovanou pro takovéto delikátní operace. Kromě prstů Fin RayR jsou k dispozici dva další typy prstů.